11.动 域 - 副本 2

MPM设置•设置流域是运动坐标系和定义域的速度。•为入口和出口边界条件设置合适的边界条件类型。•为混合平面对选择上游和下游域。•为侧面插补设置点的数量。–必须和网格中轴向/径向设置相同。•混合平面几何（MixingPlaneGeometry）决定了周期性平均的方法–轴向流动机械选择径向（Radial）。–径向流动机械选择轴向（Axial）。•混合平面控制–欠松弛系数（Under-Relaxation）－当使用0－1之间的数，表示侧面的不严格改变。pdrrpz),(1)(pdzzpr),(1)(混合模型的计算方法•因为混合平面模型包括修改混合平面分界面的边界条件，迅速的流动条件的改变可能导致混合平面求解收敛上的困难。–试着降低混合平面的欠松弛因子到0.1－0.5之间，可能对解的稳定性有所帮助。•另外一些困难情况下的需要考虑的事情。–确定网格质量足够好(最大网格偏斜0.9–0.95)。–为难以开始（hard-to-start）的问题使用FMG初始化。•FMG初始化适合混合平面模型。–降低欠松弛因子和/或者克朗特数。–使用固定的边界条件初始化运行下情况，再使用混合平面法。大纲•介绍和模型建立方法概览•单参考系(SRF)模型•多重域和多参考系(MRF)模型•混合面模型(MPM)•滑移网格模型(SMM)•动网格(DM)模型•概要•附录滑移网格(SMM)模型介绍•涡轮机组中定子和转子之间的相对运动可能会有非定常相互作用。这些相互作用大体上分为下列几种：–位势相互作用(压力波相互作用)–尾迹相互作用–震动相互作用•MRF和MPM都忽略了全部的非定常相互作用，而且限定这些流动中的效果十分弱。•如果非定常相互作用不可以忽略，我们可以使用滑移网格模型，把静止和旋转组成中的相对运动考虑进去。wakeinteractionShockinteractionpotentialinteractionstatorrotor滑移网格模型的工作原理•和MRF模型相同的是，非正交分界面把域分成移动和静止域。•和MRF模型不同的是，每个移动域的网格会随着一个时间函数更新，因此把数学问题变为固有非定常。•另外和MRF模型不同的是，控制方程有新的移动网格形式，而且在绝对量固定坐标参考系下求解。(附录中有详细信息)–没有使用运动参考坐标系方程(例如：没有科里奥利，向心加速度)。–方程是普通移动/变形网格的特殊公式。•假设刚体网格运动和滑移，非正交分界面。cellsattimetcellsattimet+tmovingmeshzone滑移分界面•MRF问题中的滑移网格必须符合下列规则：–分界面上的任何传递不能关于自身不变。–位于旋转域和它相邻的静止/旋转域必须是个旋转面，这个旋转面的转动轴和旋转子域重合。–许多失败的滑移网格模型，很多都是因为网格移动时，分界面变得不相连！•滑移分界面可以是部分重叠。–可以是：•周期的•壁面–如果是周期的，边界域必须是周期的而且都是相同的偏移量。timet=0t+tEllipticinterfaceisnotasurfaceofrevolution.滑移网格设置•选择非定常求解器（unsteadysolver）。•定义滑移域的分界面条件类型。•为移动域，在流体边界（FluidBC）对话框中，选择移动网格（MovingMesh）作为移动类型（MotionType）。•为每对分界面域，创建非正交分界面。–滑移/旋转是周期性的，选择周期性（Periodic）选项。–变化热量传输，选择双精度（Coupled）。•其它的边界条件和SRF,MRF模型设置相同。SMM问题计算方法•设置适当的时间步长和每次时间步最大迭代步，得到每个时间步较好的收敛情况。–时间步长不能比移动单元将要移动超过一个固定点所用的时间：•当流动具有时间周期性（压力，速度等，随着时间变量的改变不断重复）时，求解的更多设置。–通常需要几次网格的旋转。–好的初始条件可以减少到达时间周期性需要的时间。Rsts=averagecellsizeR=characteristicvelocityofthemovingzone(R=meanradiusofinterfacesurface)大纲•介绍和模型建立方法概览•单参考系(SRF)模型•多重域和多参考系(MRF)模型•混合面模型(MPM)•滑移网格模型(SMM)•动网格(DM)模型•概要•附录什么是动网格(DM)模型?•FLUENT求解中，一种可以适应移动边界条件和/或者物体，并且可以相应的调节网格与之适应的方法。案例：在圆柱中，自动位置的移动。机翼表面的流动。真空管的打开和关闭。动脉扩张和收缩。Volumetricfuelpump动网格模型：特点•根据用户自定义的边界/物体移动，单元类型和网格形式，FLUENT会自动计算出内部节点位置。–弹性相似(光滑)–本地重构网格–压条法–2.5D–用户自定义网格移动•边界/物体运动可以根据下列运动类型设定：–圆柱运动（In-cylinder）(RPM,行程长度,曲柄角,…)–通过预置文件（profiles）或者UDF指定的运动–建立在流动求解的流体动力学的耦合运动，例如：FLUENT中的6自由度模型（6DOF）。•不同的网格运动形式可以运用在不同的域上。相邻域间的连接可以是非正交的。弹性相似(弹性光滑)•网格的移动就像相连的弹簧，或者是海绵。•连通性并没有改变;•当使用独立网格形式时，受相关最小变形的限制。•对结构和非结构网格都有效;•可以运用于结构和非结构网格类型，但是需要特别的控制。本地网格重构•当超出用户自定义的偏斜和尺度限制范围时，本地的网格节点和单元就会增加或减少。•当单元增加或减少时，连通性便发生了改变。•只有非结构网格有效。•这个过程同时也有光滑作用（具有代表性的是使用光滑合并）压条法•单元增加或减少随着域的增长或收缩改变。•当单元增加或减少时，连通性也相应改变。•只有结构网格才有效。混合运用的方法•需要正确的分解来初始生成网格；•压条法:–阀程区域；–下汽缸区域。•网格重构:–上汽缸区域。•域间非正交分界面。动网格设置•选择非定常求解器。•选择动网格模型DefineDynamicMesh。•激活需要的网格方法，设置合适的参数。•在动网格用户操作界面中定义边界运动。–可能需要UDF。•其它模型，边界条件和求解器设置和SRF,MRF模型相同。•网格运动可以提前查看SolveMeshMotionutility.–通过提前查看，如果网格质量有问题，Fluent可以提前发现。其它动网格选项•2.5D网格运动–挤压几何（extrudedgeometries）的特殊网格重构方法。–可以允许三角形网格像楔形一样在体积内挤压。–优点—可以比结构网格更好的贴合小裂缝。•用户子定义网格运动–通过UDF控制网格的运动。–网格拓扑结构不能发生改变。–优点—可以提供通常弹性相似，网格重构或者压条法不能提供的运动模式。•6自由度模型–允许网格表面表现出定义了质量，转动惯量的物体的运动特性。–表面运动表现出CFD计算中的压力和反作用力。–重力和其它力可以加入力的平衡。•附录和用户手册中关于这些项有更多信息。大纲•介绍和模型建立方法概览•单参考系(SRF)模型•多重域和多参考系(MRF)模型•混合面模型(MPM)•滑移网格模型(SMM)•动网格(DM)模型•概要•附录概要•五种可以模拟流体流动部分的方法。–单（旋转）参考系模型–多重参考系模型–混合平面模型–滑移网格模型–动网格模型•前三种方法是完全静态定常方法，而滑移网格和动网格则是非定常方法。•选择这些模型，包括部分的，改变这些静态流域到运动参考系或者动网格。•大部分物理模型适合用运动参考系或者动网格（例如：多相，燃烧，传热等）•前面的幻灯片中有更加详细的实践指导。附录•运动参考系下的N-S方程–相对速度方程–绝对速度方程•动网格问题中的N-S方程N-S方程:旋转参考坐标系•Fluent中使用的两种不同的方程–相对速度方程(RVF)•包括把固定参考系下的N-S方程转换到旋转坐标系下。•使用相对速度作为动量方程中的依赖变量。•使用相对总内能作为能量方程中的依赖变量。–绝对速度方程(AVF)•从相对速度方程得来。•使用绝对速度作为动量方程中的依赖变量。•使用绝对总内能作为能量方程中的依赖变量。–注意:N-S方程中RVFandAVF是等价的！•边界条件等价的情况下，两种方程的解应该是相同的。参考系xyzzyxstationaryframerotatingframeaxisofrotationrCFDdomainorRNote:Risperpendiculartoaxisofrotation假设和定义•假设–没有交换()–特定坐标下的定常旋转(constant)•通过原点旋转坐标定义坐标–忽略物体的受力，比如重力和其它效果(像方程中列出的)–忽略能量源(像方程中列出的)•定义–绝对速度()–流体在静止（绝对）参考坐标系的速度–相对速度()-流体在旋转参考坐标系下的速度•3-D可压缩，层流形式的方程在接下来的幻灯片中将会介绍到(其它的形式相似)VW0/dtrdo相对速度方程(Continuity)(Momentum)(Energy)SdSnWdt0ˆdrWFdSnpWWdWtSvr)(2ˆ)(bdQWFdSnqWWpeWdetSvrtrtr)(ˆ)(gb相对速度方程(2)(Relativetotalinternalenergy)(Fourier’sLaw)(Viscousstress)2221UWeetr32TkqTermSourceGenerationHeatForcesBodyVolumeControlofSurfaceBoundarySVolumeControlgbQF旋转坐标系下的相对加速度)(2rWCoriolisaccelerationcentrifugalaccelerationRothalpy•考虑在旋转参考系下，流动是定常，绝热，无粘流。能量方程可以简化成：•数量便是rothalpy。•从上面可以看出，rothalpy在旋转坐标系下，定常，无粘流将是守恒的。–如果粘性流的壁面和参考系一起旋转，Rothalpy也可以是守恒的。(因为这时旋转壁面的相对速度为零)。22210ˆˆUWpepehdSnhWdSnWpeWtrtrStrStrtrh绝对速度方程(Continuity)(Momentum)(Energy)SdSnWdt0ˆdrWFdSnpVWdVtSv)(ˆ)(bdQVFdSnqVVpeWdetSvtt)(ˆ)(gb绝对速度方程(2)TermSourceGenerationHeatForcesBodyVolumeControlofSurfaceBoundarySVolumeControlgbQF(Relativetotalinternalenergy)(Fourier’sLaw)(Viscousstress)221Veet32VVVTvTkq旋转坐标系下的加速度VrW)(Accelerationreducestosingleterminvolvingrotationalspeedandabsolutevelocity推荐的速度方程•